一土壤样品采集处理和土壤含水量的测定.docx
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一土壤样品采集处理和土壤含水量的测定
土壤学实验指导书
目录
实验一土壤样品采集、处理和土壤含水量的测定1
实验二土壤机械分析（比重计法，附指测法）3
实验三土壤腐殖质的分离及各组分的性状观察17
实验四土壤水能量的测定（张力计法）20
实验五土壤容重、比重和孔隙的测定24
实验六土壤胶体性状的观察31
实验七土壤反应及缓冲性能的测定36
实验八土壤氧化还原电位的测定41
实验九土壤剖面性状观察45
实验十我国主要土类的性状和分布规律的认识50
实验一土壤样品采集、处理和土壤含水量的测定
土壤样品的采集、处理和土壤含水量的测定是开展土壤实验和研究工作的一个不可缺少的环节，是关系到实验结果是否正确可靠的先决条件。
如果采样缺乏代表性，即使分析相当准确，也不能代表土壤的真实情况。
所以土样采集是一项十分细致和重要的工作。
一、土壤样品采集
土壤采样最基本的要求是采集有代表性的土样。
但代表性的具体要求，应根据实验和研究的目的不同而有所区别。
为了研究土体的发生学特性，必须挖掘典型土壤剖面，按上壤发生层次采样。
进行大多数土壤物理性质项目的测定时，代表性要体现在采原位、原状土壤样品。
在进行土壤养分评价的常规分析时，表性含义要反映在多点混合样品。
求平均值的概念方面，通常采用的有对角线采样法、棋盘采样法和蛇形采样法，就是为了得到一个代表一定面积的混合土样。
而对土壤植株养分田间诊断速测土样，代表性就是要求选择典型性的样品，即尽可能根据作物生长状况，分类型地个别采样，单独测定。
在采样时，采样数量、采样点数以及采样深度等都因采样目的而异。
采集的土样应及时附标签，注明采样编号、地点、时间、采样深度和采样人等。
二、土壤样品的处理
从田间采来的土壤样品，应进行风干。
分选、去杂、磨细、过筛、混匀、装瓶、保存和登记等处理。
但样品的处理也应按实验目的的要求而有所差异。
对于土壤速效养分测定，最好用田间新鲜样品直接快速方法测定；对于土壤容重、坚实度等物理性质测定，必须用原状土样，不破坏土壤结构体；进行土壤机械组成等项目的物理分析时，上样必须全部通过1毫米筛，留在端上的碎石称重后保存，以备砾石称重计算之用；化学分析时，要仔细挑去混在风干土样中的石块、根茎及各种新生体和侵入体，然后磨细，全部过18号筛，这种土样可供速效养分、交换性能和pH等项目的测定。
分析有机质、全氮时，需进一步研磨，使其全部通过0.25毫米筛为止。
研磨后的样品混匀后，即可装瓶并贴上标签，写上编号，保存在阴凉、干燥处。
三、土壤含水量测定
1．操作步骤。
取田间自然湿上10—15克或风干过筛土样5—10克，放入已知重量的铝盒中，在分析天平上称重。
然后，把铝盒盖套置在铝盒下面，在烘箱105—110℃温度下烘8小时，取出，将铝盒盖好后放入干燥器中冷却至室温，称重。
然后重新放入烘箱再烘2小时，冷却后称重，直至恒重（两次重复之差，不大于3毫克）。
2．结果计算。
土壤含水量（%）＝
×100
式中：
W1——湿土重+铝盒重，克；
W2——烘干土重+铝盒重，克；
W——铝含重，克。
含水量测定后，将湿土换算为烘干土重可按下式计算：
烘干土重＝
（克）
四、实验报告
1．土壤含水量测定记载表。
土壤名称
铝盒重
w（g）
湿土+铝盒重
w1（g）
干土+铝盒重
w2（g）
干土重
（g）
水分重
（g）
土壤含水量
（%）
2．思考题。
怎样采集一个有代表性的土样？
实验二土壤机械分析（比重计法，附指测法）
一、方法原理
比重计法是将一定数量的土样（＜1毫米），经过化学与物理处理使上粒充分分散成单粒状，然后置于沉降筒中，让分散的土粒在悬液中自由沉降，经过不同时间，用比重计测定悬液比重变化。
土壤比重计的读数，直接指示出悬浮在比重计所处深度的悬液中土粒含量，也就是说，可以从比重计刻度上直按读出每升悬液中所含土粒的重量（克／升）。
而这部分土粒的半径（r），可按司笃克斯定律计算而求得。
二、操作步骤
1．称样。
（1）称取通过1毫米筛孔的风干土50克，用以制备悬液用。
另称10克置于铝盒内，在烘箱（105℃）中烘干至恒重（约8小时），冷却称重，计算含水量和烘干土重。
（2）＞1毫米的石砾处理。
将＞1毫米的石砾放入10—12厘米直径的蒸发皿内，加水煮沸，随时搅拌，煮沸后弃去上部浑水，直至上部全为清水为止。
将蒸发皿内石砾烘干称重，而后通过10毫米及3毫米筛孔，分别称重，计算各级石砾百分数。
2．悬液制备。
（1）将上述称的50克土样放入三角瓶中，根据土壤酸碱性，分别选加下列分散剂（石灰性土壤加0.5M六偏磷酸钠60毫升；酸性土壤加0.5M氢氧化钠40毫升；中性土壤加0.25M草酸钠20毫升）进行分散。
（2）分散方法可选用煮沸法或研磨法。
煮沸法是将分散剂加入盛有样品的500毫升三角瓶中，再加入蒸馏水或软水，使三角瓶内土液体积约250毫升，盖上小漏斗摇匀后静止2小时，并经常摇动三角瓶，然后放在电热板上加热煮沸，在未沸腾前应经常摇动三角瓶，以防土粒沉积瓶底冷热不匀而发生破裂。
煮沸后保沸腾1小时。
研磨法是将称好的土样置于瓷蒸发皿中，加一部分分散剂使之呈稠糊状（剩余的分散剂在研磨完毕后全部加入），静止半小时，使分散剂充分作用，然后用带橡皮头的玻棒研磨。
研磨时间，粘质土壤不少于20分钟，壤质土壤及砂质土壤不少于15分钟，能使分散完全。
两种分散方法，前者较适用，后者由于不同分析人员研磨效果不尽相同，易造成误差。
（3）将直径为0.25毫米的筛子放在漏斗上并一起搁在1000毫升沉降筒上，将分散处理后的样品通过0.25毫米筛子，用橡皮头玻棒轻轻洗擦筛上颗粒，并用蒸馏水或软水冲洗干净，使＜0.25毫米的土粒全部进入沉降筒（注意：
洗水量不能超过1000毫升）。
将留在筛子上＞0.25毫米砂粒全部移入铝盒内，倾去上部清液，烘干后，将粗砂粒（0.25—1毫米）称重，并计算百分数。
3．悬液比重的测定。
（1）将上述盛悬液的沉降筒用蒸馏水或软水定容至1000毫升，放置于温差变化小的室内平稳的台面上，用搅拌棒在沉降筒内将悬液上下搅拌1分钟（大约上下各30次），使悬液均匀分散，搅拌的上下速度要均匀，搅拌棒向下要触及沉降筒底部，使全部土粒都能悬浮。
搅拌棒向上时，金属片不能露出液面，一般离液面3—5厘米处即可，否则会使空气压入悬液，影响土粒开始时的沉降速度。
搅拌后如悬液发生气泡，应滴加异戊醇消泡。
然后将比重计轻轻地、垂直地放入悬液中，要放在沉降筒的中心位置，并略为扶住比重计的玻杆，使它不致上下左右晃动，直到基本稳定为止。
在土粒沉降30秒、1分、2分时，各对比重计读数一次（读数皆以弯月面上缘为准），并记录。
然后将比重计取出，放在盛清水的沉降筒中，微微转动比重计，洗去粘附于比重计浮泡上的土粒，以备下次使用。
测量悬液温度（温度计也可放在盛蒸馏水的沉降筒中部），准确至0.5℃。
（2）用搅拌棒将悬液进行第二次上下搅拌1分钟，使悬液均匀分散，搅拌后静止，再按预定时间继续测定4、8、15、30分钟以及1、2、4、8、24、48小时等各规定时间时的比重计读数（中间不须再搅拌），在每次读数前10—15秒时，用两手指持比重计上部轻轻放人悬液中，至悬液弯液面上缘达到前一读数时放松手指，使比重计自由稳定地浮于悬液中。
每次读数后，均需将比重计轻轻取出并放于盛有蒸馏水或软水的沉降筒中以备用，并测量悬液温度。
三、比重计校正
1．土粒有效沉降深度（L）校正。
为了测定土粒粒径，首先应找出比重计读数与土粒的有效沉降深度（L）的关系，根据司笃克斯的假说，土粒沉降深度是从液面到比重计浮泡体积中心距离，然而测定是在1升的沉降筒中进行的，比重计放入悬液后使液面上升，从比重计达数计算出的L值并非实际的土粒沉降深度，故应加以校正。
从图2中可看到：
式中：
L——土粒有效降沉降深度，厘米；
L′——比重计浮泡体积中心至某一读数的距离，厘米；
L1——自最低刻度至玻杆上各刻度的距离，厘米；
——比重计浮泡体积中心至浮泡顶端的距离，厘米；
Vb——比重计浮泡体积，立方厘米；
S——沉降筒的横截面积，平方厘米。
图2土粒有效沉除深度（L）校正图图3比重计读数与土粒有效沉降深度关系曲线
校正步骤：
（1）将比重计放入盛有一定体积水的250毫升量筒中，使水面升至比重计浮泡顶端的最低刻度处为止，排开的水量即为比重计浮泡的体积（Vb）。
（2）将比重计放入量筒内，向量筒内加水，待液面升起后容积达1／2比重计浮泡体积刻度时，与水面相平的浮泡上作一标记，此处即为比重计浮泡体积的中心。
（3）用卡尺量取浮泡体积中心至浮泡顶端（比重计的最低刻度处）的垂直距离L2。
（4）再量取浮泡顶端至各刻度间的距离L1（每5刻度量一次）。
（5）测量沉降筒内径。
算出沉降筒横截面积S及V／2S值。
根据上面
公式，算出比重计各不同读数相对应的土粒有效沉降深度，绘制出关系曲线（图3），以备计算时查用。
2．刻度与弯月面校正。
由于比重计在制作时，刻度不易准确，故需校正。
另外，当比重计玻杆与悬液接触，因表面张力使水沿玻杆上升形成弯月面高出悬液面，在测定时悬液呈混浊状，读数无法以悬液面为准，只能读弯月面上缘，故须加以弯月面的校正。
可将刻度与弯月面的校正合并进行。
图4比重计刻度及弯液面校正曲线
按表2所列的数量称取105℃烘干的氯化钠（二级）配制标准溶液各1升，将各溶液分别倒入1升沉降筒中，把待校正的比重计按溶液浓度由小到大的次序，在各标准溶液中进行实际测定，读数应以弯月面上缘为准。
每一溶液均应多次读数，取其平均值，算出备读数的校正值，例如表2所示。
然后根据比重计实际平均读数和校正值，绘制刻度及弯月面校正曲线（图4）。
3．温度校正。
土壤比重计都是在20℃时校正的。
测定温度改变时，会影响比重计的浮泡体积及水的密度，一般根据表3进行校正。
表2甲种比重计刻度及弯液面校正计录表
20℃时比重计的准确读数（g/l）
20℃时标准容液重量
（g/ml）
每升标准溶液中所需的氯化钠量（g）
试验时温度
（℃）
校正时由比重计测定的平均读数（g/l）
刻度及弯液面校正值
（g/l）
0
0.998232
0
20
-0.6
+0.6
8
1.001349
4.55
20
4.0
+1.0
10
1.004465
8.94
20
9.4
+0.6
15
1.007582
13.30
20
15.1
-0.1
20
1.010698
17.79
20
20.2
-0.2
25
1.013815
22.30
20
25.0
0
30
1.016931
26.73
20
29.5
+0.5
35
1.020048
31.11
20
34.5
+0.5
40
1.023165
35.61
20
39.7
+0.3
45
1.026281
40.32
20
44.4
+0.6
50
1.029398
44.88
20
49.4
+0.6
55
1.032514
49.56
20
54.4
+0.6
60
1.035631
54.00
20
0.3
-0.3
表3甲种比重计温度校正表
温度（℃）
校正值
温度（℃）
校正值
温度（℃）
校正值
6.0-8.5
-2.2
18.5
-0.4
26.5
+2.2
9.0-9.5
-2.1
19.0
-0.3
27.0
+2.5
10.0-10.5
-2.0
19.5
-0.1
27.5
+2.6
11.0
-1.9
20.0
0
28.0
+2.9
11.5-12.0
-1.8
20.5
+0.15
28.5
+3.1
12.5
-1.7
21.0
+0.3
29.0
+3.3
13.0
-1.6
21.5
+0.45
29.5
+3.5
13.5
-1.5
22.0
+0.6
30.0
+3.7
14.0-14.5
-1.4
22.5
+0.8
30.5
+3.8
15.0
-1.2
23.0
+0.9
31.0
+4.0
15.5
-1.1
23.5
+1.1
31.5
+4.2
16.0
-1.0
24.0
+1.3
32.0
+4.6
16.5
-0.9
24.5
+1.5
32.5
+4.9
17.0
-0.8
25.0
+1.7
33.0
+5.2
17.5
-0.7
25.5
+1.9
33.5
+5.5
18.0
-0.5
26.0
+2.1
34.0
+5.8
4．土粒比重校正。
比重计的刻度是以土粒比重为2.65作标准的，土粒比重改变时，可将比重计读数乘以表4中相应土粒比重的校正值，即得校正后读数。
一般情况下，当土粒比重变化差异不大时，比重校正值是可以忽略不计的。
5．分散剂校正。
分散剂校正值（克/升）=加入分散剂的毫升数×分散剂的摩尔浓度
×分散剂的摩尔质量×10-3
表4甲种比重计土粒比重校正值
土粒比重
校正值
土粒比重
校正值
土粒比重
校正值
土粒比重
校正值
2.5
1.0375
2.60
1.0118
2.7
0.9889
2.80
0.9680
2.52
1.0332
2.62
1.0070
2.72
0.9847
2.82
0.9648
2.54
1.0260
2.64
1.0023
2.74
0.9805
2.84
0.9611
2.56
1.0217
2.66
0.9977
2.76
0.9768
2.86
0.9575
2.58
1.0166
2.68
0.9933
2.78
0.9725
2.88
0.9540
上述公式经计算得：
采用0.5M氢氧化钠40毫升分散剂校正值为0.80克/升；
采用0.25M草酸钠20毫升分散剂效正值为0.67克/升；
采用0.5M偏磷酸钠60毫升分散剂校正值为3.06克/升。
表5水的粘滞系数（η）表
温度
℃
η（g/cm·s）
温度
℃
η（g/cm·s）
4
0.01567
18
0.01056
5
0.01519
19
0.01030
6
0.01473
20
0.01005
7
0.01428
21
0.009810
8
0.01386
22
0.009579
9
0.01346
23
0.009358
10
0.01308
24
0.009142
11
0.01271
25
0.008937
12
0.01236
26
0.008737
13
0.01203
27
0.008545
14
0.01171
28
0.008360
15
0.01140
29
0.008180
16
0.01111
30
0.008007
17
0.01083
四、结果计算
1．土壤含水量百分数的计算。
土壤含水量（%）=
2．大于1毫米石砾含量百分数的计算。
＞1毫米石砾含量（%）=
3．小于1毫米各级颗粒含量百分数的计算。
（1）1—0.25毫米颗粒含量（％）=
×100
（2）0.25毫米粒径以下，小于某粒径颗粒含量（％）
=
×100
4．颗粒直径的计算。
上述小于某粒径土粒的百分含量中的粒径是指土粒的直效直径（D）以毫米或厘米表示，它可根据司笃克斯公式计算如下：
式中：
g——重力加速度（981厘米／平方秒）。
图5司笃克斯公式列线图
在实际计算时，只要根据已知土粒比重（da），以及比重计读数校正计算出来的土粒有效沉降深度（L），就可计算时间t的土粒直径。
而水的比重（dw）和水的粘滞度（η），可根据测定时悬液温度查表5而得。
由于根据上述公式进行实际计算，既复杂又费时，所以在实际工作中，常用司笃克斯公式列线图（图5）来查出土粒直径，其原理是一样的。
列线图中共有7条直线（列线），分别为计算系数A[即
]，T（液温，℃），ds（土粒比重，克／立方厘米），D（土粒直径，毫米），V（土粒在水中的沉降速度，厘米／秒），t（沉降时间，秒），L（土粒有效沉降深度，厘米）。
应用列线图计算土粒直径的步骤，见司笃克斯公式列线图中的导图。
图6颗粒大小分配曲线
5．绘制颗粒大小分配曲线。
颗粒大小分配曲线又称为粒径分布的累积曲线，简称为级配曲线。
因为从比重计读数得出的上粒重量，只代表直径小于相应D值的所有土粒的总重，所以比重计读数是直径小于D值的所有大小土粒的累积重量，由此计算出的重量百分数也只是代表直径小于D值的所有土粒的累积百分数。
在结果计算时必须根据筛分与比重计法所测得的计算出的各粒径数值和相应的直径小于此数值的土粒累积百分数，绘制成颗粒大小分配曲线，然后从此曲线上查出所需要的各级颗粒百分数，确定颗粒组成。
绘制曲线时，将所计算出的土粒累积百分数为纵座标，相应的颗粒值为横座标（以粒径数值的对数为横轴），在半对数纸上绘出颗粒大小分配曲线（图6）。
6．计算各级颗粒百分数，确定土壤质地。
从级配曲线上，可以查出＜1毫米的各级颗粒累积百分数，其方法是在横轴上，把某粒级所规定的上下两个限值找出来，再对照曲线查出相应的两个土粒百分数，此两数值之差即为该粒级范围内的重量百分数，再根据质地分类，查出所需各级颗粒的百分数，记载于结果登记表，并进行质地命名。
7．比重计法允许平行误差＜3％。
五、仪器与试剂
1．仪器。
（1）甲种比重计（即鲍氏比重计），刻度范围为0—60，每格刻度代表比重计所处的深度上的土壤悬液的平均比重，单位每升克数。
（2）电动搅拌机（每分钟15000转），带橡皮头玻璃棒，瓷蒸发皿。
（3）洗筛：
孔径为0.25毫米（或0.1毫米）的小钢筛。
2．试剂。
（1）0.5M氢氧化钠；
（2）0.25M草酸钠；（3）0.5M六偏磷酸钠；（4）2％碳酸钠；（5）异戊醇（化学纯）；（6）软水的制备：
将200毫升2％碳酸钠加人15000毫升自来水中，静止一夜澄清后，上部清液即为软水。
2％碳酸钠的用量，视各地自来水的硬化度而定，硬化度愈大，则用量意多。
附：
土壤粒组和土壤质地的指测法
手测法以手指对土壤的感觉为主，结合视觉和听觉来确定土壤质地。
本法简便易行，熟练后也较准确，适合于田间土壤质地的鉴别。
参见附表1。
一、方法要点
1．取土样一小块，放在拇指与食指间使之破碎，并干磨擦，注意其感觉。
然后另取直径约2厘米左右土块，除去石砾和根系，放在手中捏碎，加适量水，用手指力磨擦碎土和把它搓成约1.5厘米的土团。
根据手指与碎土磨擦中的感觉和能否搓成片、团、条及弯曲时断裂等情况以判断土壤质地。
2．已知土壤粒组或质地的练习，对于初学者首先要反复练习已知粒组或质地，直到熟练掌握为止。
其识别的标准如下：
（1）粗砂：
砂粒个体肉眼甚易分辨，手摸感觉粗糙，干时分散无团聚力，湿时难成土团。
（2）细砂：
其颗粒用肉眼不易分辨，在两指间磨擦，仍感粗糙，有沙沙声。
干时常分散，团聚力弱。
湿时可以捏成土团，用刀切之，其切面粗糙不平。
（3）粉粒：
粉粒在指间摩擦时，有砂的感觉，而摩擦湿粉粒，则有滑腻感，但粘着力（粘附于它物之力）很弱。
如做成湿土团，有较好的粘结性，用刀切之，切面较光滑，不散碎，但塑性差，不能任意挤压或扭曲成型。
（4）粘粒：
易粘聚成块，土块干结后，坚硬难碎，在手指间摩擦湿粘粒时，有非常光滑和滞粘的感觉，并可产生有光泽的表面，湿土团可任意成型。
二、实验材料
1．已知粒组和末知粗组。
2．已知的土壤质地和未知的土壤质地。
三、操作步骤
1．先按上述特征，仔细揣摩各粒组（粗砂、细砂、粉粒、粘粒）的砂砾性、光滑性、粘着性和可塑性等的强弱，分别记入实验报告。
2．取已知质地的土壤样品少许，先辨别其干燥状态下的特征，然后置于拇指和食指间摩擦并逐渐加水，当具有最大塑性时（不可太干或太湿），仔细揣摩其干、湿情况下的性质和感觉，记入实验报告。
3．取未知质地的土壤样品少许，先揣摩其干燥状态下的特征，然后置于指间，加适量的水，揣摩其性质和感觉，估测为何种质地，记入实验报告。
附表1我国土壤质地分类手测法判断标准
质地组
质地名称
用手指捻磨土壤时的感觉*
用手指搓成团（直径约1.5cm）时状态
用手指捏成薄片时的状态
用放大镜或直接用肉眼观察的形状
土壤干燥时的状态
砂土
粗砂土
细砂土
面砂土
有含砂粒感觉
很粗糙
粗糙
较粗糙
不能搓成土团
不能搓成土团
不能搓成土团
不能搓成土团
不能搓成薄片
不能搓成薄片
不能搓成薄片
不能搓成薄片
主要为砂粒
基本为砂粒
主要为砂粒
砂粒细而均匀
成散粒
成散粒
成散粒
成散粒
壤土
砂粉土
粉土
粉壤土
粘壤土
砂粘土
有细滑、均质感
有细滑、含砂感
有细滑感，如摸面粉一样
有细滑、均质感
有均质、微粘感
有砂而粘的感觉
土团松而不光滑
土团松而不光滑
土团松而不光滑
土团松而不光滑
土团松而不光滑
土团松而不光滑
薄片短，不光滑
薄片短，不光滑
薄片短，不光滑
薄片短，不光滑
薄片短，不光滑
薄片短，不光滑
主要为粉粒
主要为粉粒，有砂粒
主要为粉粒，砂粒较少
有粉粒，也有砂粒
有粉粒，砂粒较少
有砂粒及粘粒
土块较松散
土块松散
土块松散
稍用力可弄碎土块
稍用力可弄碎土块
稍用力可弄碎土块
粘土
粉粘土
壤粘土
粘土
有细而粘的感觉
有细而粘的感觉
细而粘的感觉
很细而粘的感觉
土团紧而光滑
土团较紧而较光滑
土团紧，光滑
土团很紧，很光滑
薄片长，光滑
薄片较长，边缘微裂
薄片长，边缘有裂痕
薄片很长，很光滑
无裂痕
主要为粘粒
主要为粘粒，还有粉粒
主要为粘粒，还有粉粒
主要为粘粒
形成坚硬的土块
土块较坚硬
土块坚硬
土块很坚硬，用工具才能打碎
*砂土用手指捻磨时，耳边有沙沙声，不同砂土有强、中、弱之分。
六、实验报告
土壤机械分析（常用比重计法）
土号：
层次：
量筒号：
采土地点：
含水率：
风干重量：
盐酸洗失量：
折干土重：
盐酸洗失量百分数：
1-2.5毫米土重：
处理说明：
分析日期：
1．土壤比重计读数记录表。
沉降时间
比重计读数
平均液温
温度校正值
经温度和分散剂校正后读数
有效深度
土粒累计（%）
土粒直径
0′
1′
2′
4′
8′
15′
30′
1h
2h
4h
8h
24h
48h
2．卡庆斯基制质地定名。
土
号
采土地点
层
次
盐酸洗失量
颗粒百分数
总量
质
地
1-0.25
mm
0.25-0.05
mm
0.05-0.01
mm
0.01-0.005
mm
0.005-0.001
mm
﹤0.001
mm
﹤0.01
mm
﹥0.1
mm
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